Fluid Dynamics: Каква е разликата между хаотичен поток и турбулентен поток?


Отговор 1:

За да се избегне объркване, трябва да се отбележи, че някои математици и физици, главен сред тях J. C. Sprott, са въвели термина "хаотичен поток" във връзка с всеки набор от уравнения, които проявяват хаотично поведение, т.е. системният отговор показва чувствителна зависимост от първоначалните условия. Флуидните динамисти отбелязват, че много случаи на смесване на течности проявяват фрактално поведение, белег на хаоса и са въвели израза "хаотично смесване", за да се отнасят до такива потоци.

Като се имат предвид сходствата между реалните потоци от флуиди, преминаващи от ламинарна към турбулентна и динамична системи, преминаващи между стационарни и странни атрактори, е естествено да възникнат съвременни теории, свързани с турбулентността и теорията на хаоса, най-забележимата от Дейвид Рул и Флорис Такенс , Може да намерите отговора на: Каква е разликата между нестабилен или нестационарен поток на течност и турбулентно течение на течност? по-подробно в обсъждането му по въпроса.

Доколкото ми е известно, всички случаи на това, което е известно като "хаотично смесване", са примери на хармонични, субхармонични или квазипериодични режими на потока, които съществуват в ламинарно-турбулентния преходен режим на потоците. Следователно те не биха демонстрирали същото статистическо поведение като наистина статистически неподвижно турбулентно течение.


Отговор 2:

В много приложения човек иска да увеличи максимално скоростта на смесване на течност. В най-простата настройка това означава, че искаме да намалим максимално времето, необходимо за молекулярна дифузия, за да хомогенизираме първоначално нехомогенно разпределение на скаларен тракер. Ако няма адвекция, самото молекулно дифузия отнема много време, за да се постигне хомогенност, дори в доста малки контейнери. Така че ние използваме advection, за да ускорим този процес.

Класическият и по-известен начин за това е чрез турбулентност: чрез налагане на високо число на Рейнолдс в 3D поток ние задействаме формирането на енергия на Колмогоров, при което енергията тече от големи до малки мащаби. Тази енергийна каскада се отразява от съответната каскада във всяко скаларно поле, придружено заедно с потока, чието разпределение се развива в този процес дребномащабни структури, които след това бързо се хомогенизират чрез молекулна дифузия. От гледна точка на смесването, такава турбулентност е начин за създаване на бързи дребномащабни структури в пространственото разпределение на прилежащите полета, което води до изглаждането им чрез дифузия

Хаотичната адвекция (Aref, 1984) е различен начин за генериране на дребномащабни структури в пространственото разпределение на прилежащите полета, като се използва свойството на разтягане и сгъване на хаотични потоци. Хаотичната динамика бързо развива всяко плавно първоначално разпределение в сложен образец от нишки или листове, в зависимост от размерността на системата, която клони експоненциално бързо към геометричен шаблон с фрактална структура. Благодарение на разтягането, мащабите на дължината на структурите в контрактните посоки намаляват експоненциално бързо и когато станат достатъчно малки, се изглаждат чрез дифузия. Това е чисто кинематичен ефект, който не се нуждае от високи числа на Рейнолдс и съществува дори при зависими от времето потоци на 2D Stokes.

По този начин хаотичната адвекция може да бъде определена като създаване на малки везни в потока чрез нейната хаотична динамика. Смесването чрез хаотична адвекция има предимствата пред турбулентността, че не изисква по-голямото влагане на енергия, необходима за поддържане на каскадата Колмогоров, което прави бурното смесване, и може да бъде създадено в ситуации, като микрофлуиди, в които голям брой на Рейнолдс е не е опция.

Какво е числото на Рейнолдс?


Отговор 3:

В много приложения човек иска да увеличи максимално скоростта на смесване на течност. В най-простата настройка това означава, че искаме да намалим максимално времето, необходимо за молекулярна дифузия, за да хомогенизираме първоначално нехомогенно разпределение на скаларен тракер. Ако няма адвекция, самото молекулно дифузия отнема много време, за да се постигне хомогенност, дори в доста малки контейнери. Така че ние използваме advection, за да ускорим този процес.

Класическият и по-известен начин за това е чрез турбулентност: чрез налагане на високо число на Рейнолдс в 3D поток ние задействаме формирането на енергия на Колмогоров, при което енергията тече от големи до малки мащаби. Тази енергийна каскада се отразява от съответната каскада във всяко скаларно поле, придружено заедно с потока, чието разпределение се развива в този процес дребномащабни структури, които след това бързо се хомогенизират чрез молекулна дифузия. От гледна точка на смесването, такава турбулентност е начин за създаване на бързи дребномащабни структури в пространственото разпределение на прилежащите полета, което води до изглаждането им чрез дифузия

Хаотичната адвекция (Aref, 1984) е различен начин за генериране на дребномащабни структури в пространственото разпределение на прилежащите полета, като се използва свойството на разтягане и сгъване на хаотични потоци. Хаотичната динамика бързо развива всяко плавно първоначално разпределение в сложен образец от нишки или листове, в зависимост от размерността на системата, която клони експоненциално бързо към геометричен шаблон с фрактална структура. Благодарение на разтягането, мащабите на дължината на структурите в контрактните посоки намаляват експоненциално бързо и когато станат достатъчно малки, се изглаждат чрез дифузия. Това е чисто кинематичен ефект, който не се нуждае от високи числа на Рейнолдс и съществува дори при зависими от времето потоци на 2D Stokes.

По този начин хаотичната адвекция може да бъде определена като създаване на малки везни в потока чрез нейната хаотична динамика. Смесването чрез хаотична адвекция има предимствата пред турбулентността, че не изисква по-голямото влагане на енергия, необходима за поддържане на каскадата Колмогоров, което прави бурното смесване, и може да бъде създадено в ситуации, като микрофлуиди, в които голям брой на Рейнолдс е не е опция.

Какво е числото на Рейнолдс?


Отговор 4:

В много приложения човек иска да увеличи максимално скоростта на смесване на течност. В най-простата настройка това означава, че искаме да намалим максимално времето, необходимо за молекулярна дифузия, за да хомогенизираме първоначално нехомогенно разпределение на скаларен тракер. Ако няма адвекция, самото молекулно дифузия отнема много време, за да се постигне хомогенност, дори в доста малки контейнери. Така че ние използваме advection, за да ускорим този процес.

Класическият и по-известен начин за това е чрез турбулентност: чрез налагане на високо число на Рейнолдс в 3D поток ние задействаме формирането на енергия на Колмогоров, при което енергията тече от големи до малки мащаби. Тази енергийна каскада се отразява от съответната каскада във всяко скаларно поле, придружено заедно с потока, чието разпределение се развива в този процес дребномащабни структури, които след това бързо се хомогенизират чрез молекулна дифузия. От гледна точка на смесването, такава турбулентност е начин за създаване на бързи дребномащабни структури в пространственото разпределение на прилежащите полета, което води до изглаждането им чрез дифузия

Хаотичната адвекция (Aref, 1984) е различен начин за генериране на дребномащабни структури в пространственото разпределение на прилежащите полета, като се използва свойството на разтягане и сгъване на хаотични потоци. Хаотичната динамика бързо развива всяко плавно първоначално разпределение в сложен образец от нишки или листове, в зависимост от размерността на системата, която клони експоненциално бързо към геометричен шаблон с фрактална структура. Благодарение на разтягането, мащабите на дължината на структурите в контрактните посоки намаляват експоненциално бързо и когато станат достатъчно малки, се изглаждат чрез дифузия. Това е чисто кинематичен ефект, който не се нуждае от високи числа на Рейнолдс и съществува дори при зависими от времето потоци на 2D Stokes.

По този начин хаотичната адвекция може да бъде определена като създаване на малки везни в потока чрез нейната хаотична динамика. Смесването чрез хаотична адвекция има предимствата пред турбулентността, че не изисква по-голямото влагане на енергия, необходима за поддържане на каскадата Колмогоров, което прави бурното смесване, и може да бъде създадено в ситуации, като микрофлуиди, в които голям брой на Рейнолдс е не е опция.

Какво е числото на Рейнолдс?


Отговор 5:

В много приложения човек иска да увеличи максимално скоростта на смесване на течност. В най-простата настройка това означава, че искаме да намалим максимално времето, необходимо за молекулярна дифузия, за да хомогенизираме първоначално нехомогенно разпределение на скаларен тракер. Ако няма адвекция, самото молекулно дифузия отнема много време, за да се постигне хомогенност, дори в доста малки контейнери. Така че ние използваме advection, за да ускорим този процес.

Класическият и по-известен начин за това е чрез турбулентност: чрез налагане на високо число на Рейнолдс в 3D поток ние задействаме формирането на енергия на Колмогоров, при което енергията тече от големи до малки мащаби. Тази енергийна каскада се отразява от съответната каскада във всяко скаларно поле, придружено заедно с потока, чието разпределение се развива в този процес дребномащабни структури, които след това бързо се хомогенизират чрез молекулна дифузия. От гледна точка на смесването, такава турбулентност е начин за създаване на бързи дребномащабни структури в пространственото разпределение на прилежащите полета, което води до изглаждането им чрез дифузия

Хаотичната адвекция (Aref, 1984) е различен начин за генериране на дребномащабни структури в пространственото разпределение на прилежащите полета, като се използва свойството на разтягане и сгъване на хаотични потоци. Хаотичната динамика бързо развива всяко плавно първоначално разпределение в сложен образец от нишки или листове, в зависимост от размерността на системата, която клони експоненциално бързо към геометричен шаблон с фрактална структура. Благодарение на разтягането, мащабите на дължината на структурите в контрактните посоки намаляват експоненциално бързо и когато станат достатъчно малки, се изглаждат чрез дифузия. Това е чисто кинематичен ефект, който не се нуждае от високи числа на Рейнолдс и съществува дори при зависими от времето потоци на 2D Stokes.

По този начин хаотичната адвекция може да бъде определена като създаване на малки везни в потока чрез нейната хаотична динамика. Смесването чрез хаотична адвекция има предимствата пред турбулентността, че не изисква по-голямото влагане на енергия, необходима за поддържане на каскадата Колмогоров, което прави бурното смесване, и може да бъде създадено в ситуации, като микрофлуиди, в които голям брой на Рейнолдс е не е опция.

Какво е числото на Рейнолдс?